Reversible lithium ions stored by lithium clusters

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作者
Fei Wang,Limin Mao,Xinlin Wei,Jian Mao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:450: 138235-138235 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138235
摘要

Solving the "capacity-volume expansion" and "low voltage-safety" contradictions in extant reacting mechanisms of lithium-ion batteries (LIBs) anodes is a challenge. Herein, a new Li+ storage behaviour based on reversible Li clusters is proposed firstly by designing an anode with high Li+ affinity and spatially dispersed atomic nucleation sites. Due to the well-designed atomic nucleation sites, the Li+ would grow into Li clusters (below 4 nm) above 0 V, which restrains the formation of Li dendrites, suggesting that the anode provides low operating voltage while ensuring safety. The Li clusters contain a large amount of Li+, so the anode shows the highest specific capacities in reported carbonaceous anodes (∼2100 mA h g−1 at 0.2 A/g) but merely presents slight volume expansion (∼12%). The Li+ storage mechanism is revealed by experiments and density functional theory. The new Li+ storage mechanism solves the two above-mentioned contradictions, and may open an opportunity to design and prepare new generation anodes for LIBs.

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